По мере того, как число методов и средств создания живых структурных элементов в последние годы значительно увеличилось, наше определение человеческой жизни стало более всеохватывающим. Например, мы узнаем, что обширные экосистемы микробов внутри нашего организма так же неразрывно связаны с нашей жизнеспособностью и самочувствием, как и наши собственные ткани, они оказывают влияние на все – от иммунной системы до химических процессов, происходящих в головном мозге. При этом происходит и расширение границ самой биологической науки – возьмем, например, синтетическую биологию, новую область биологии, в которой сочетаются концепции и методы молекулярной биологии, инженерного искусства и химии, что позволяет создавать биологические структурные элементы и процессы. Исследованиями на стыке этих направлений занимается после защиты докторской диссертации специалист по структурной биологии Кристина Агапакис (Christina Agapakis) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.    

Алексис Мэдригал: В 21 веке люди связывают с биологией большие надежды. Многие утверждают, что значение биотехнологий будет так же велико, как и роль информационных технологий в последние десятилетия. Это действительно так? 

Кристина Агапакис: Людям хотелось бы, чтобы синтетическая биология и биотехнологии ознаменовали следующую промышленную революцию. Если оглянуться назад, можно заметить, что люди всегда старались представить работу человеческого организма в соответствии с системой технических воззрений, господствовавшей в конкретный период времени, сравнивая его то с паровой машиной, то с компьютером. Надеюсь, что такой технологией, на которую мы будем ориентироваться, скоро станет биология. Возможно, мы станем свидетелями того, что не биология будет похожа на промышленные отрасли и вычислительную технику, а они будут похожи на биологию.

- Некоторые специалисты по синтетической биологии сделали все, чтобы внедрить в биологию технический образ мышления. И ходят разговоры о создании стандартных «фрагментах» ДНК, которые называются «биокирпичами». Что это такое?

- В основе биокирпичей лежит идея о том, что можно собрать набор или коллекцию фрагментов ДНК с определенными полезными функциями, т.е. серийно выпускаемых и готовых к использованию частей ДНК. И можно будет заказать: «Так, мне нужен флуоресцентный фрагмент» или «Мне нужна такая часть, которая будет активизироваться под воздействием этого химического вещества». А потом можно будет объединить эти фрагменты и сочетать их свойства: поместить их внутрь бактерии, в результате вы получите флуоресценцию под воздействием какого-то химического вещества – вот так можно будет создать свою сеть розничной торговли не хуже, чем популярная RadioShack.

- Вы видели, как колонии бактерий работают совместно внутри человеческого организма и в других условиях. В каких масштабах можно было бы в будущем активно создавать с помощью биотехнологий наши собственные экосистемы из микроорганизмов? 

- Мы могли бы повлиять на это – мы можем увеличить разнообразие микроорганизмов в кишечнике и тем самым оздоровить организм. Например, фекальная трансплантация – иногда с серьезными инфекциями пищеварительного тракта невозможно справиться даже с помощью антибиотиков. При этом не получается обеспечить размножение в кишечнике полезных бактерий, позволяющих избавиться от вредных. Но если в кишечник больного человека переселить колонию микроорганизмов из кишечника здорового человека, то полезные бактерии уничтожат болезнетворные. Однако проблема состоит в том, что невозможно точно определить: «Вот этих нужно столько, а вот этих - столько. И дальше все будет в норме». Дело, скорее, в том, чтобы создать оптимальные исходные условия.  

- Похоже, возникают серьезные несоответствия между сложностью самой жизни, которая становится еще непонятнее, чем больше мы ее изучаем, и темпами развития технологий секвенирования ДНК, с помощью которых мы видим все хитросплетения этой жизни. И чем больше мы узнаем об элементах живой структуры, тем больше мы осознаем, как много есть такого, чего мы все еще не понимаем. Вот только что возьмет верх – чувство, что мы знаем как никогда много или осознание того, что жизнь гораздо загадочнее, чем мы думаем?   

- Вообще-то, вопрос не в том, какое из этих чувств «победит». Есть методы и средства для считывания и записи кодов ДНК, которые помогают нам понять эту сложность, но ведь их недостаточно. С помощью секвенирования ДНК нельзя определить, как активизируются гены, как взаимодействуют протеины, как клетка взаимодействует с окружающей средой и другими клетками. В условиях, когда появляется огромное количество всяких «-омов» (например, геномов, протеомов, метаболомов), мы понимаем, что все это сложное многообразие с помощью одного лишь секвенирования ДНК расшифровать не удастся, здесь нужны новые технологии. 

Стоимость самого синтеза ДНК в нестоящее время снижается, но общие затраты на проекты в области синтетической биологии сокращаются гораздо медленнее, поскольку весь процесс предусматривает еще и конструирование, создание и тестирование синтетических систем. Как любит говорить Дрю Энди (Drew Endy) из Стенфордского университета: «Если мы умеем написать код ДНК, это еще не значит, что мы знаем, что сказать». Разработка хитроумного биологического проекта является невероятно сложной задачей – и не просто потому, что сложно устроена сама клетка. Трудности еще связаны и с тем, что приходится думать о том, как продвигать наши разработки на рынок, решать организационные вопросы, оформлять патенты, а еще как наши проекты будут влиять на окружающую среду. Приходится заниматься многими другими вопросами, ответы на которые путем одного лишь секвенирования не получишь, если эти ответы вообще можно получить.